聆听院士讲座，感受大师魅力
——沈元壤院士《神奇的水和冰》讲座圆满成功
文：刘泽鹏 图：韦学锋
2018年6月7日晚上6:30，中国科学院外籍院士、美国国家科学院院士、美国加州大学伯克利分校教授、中国科学院大学物理科学学院客座教授沈元壤院士在雁栖湖校区教1-107教室，为我院师生带来一场题为《Mysteries of Water and Ice》的精彩学术报告。二百余名师生聆听了报告。
沈院士的报告从水的重要性讲起，水在自然界的循环调节了地球各圈层之间的能量，对冷暖气候变化起到了重要作用，塑造了丰富多彩的地表形象。更重要的是，通过水循环，海洋不断向陆地输送淡水，补充和更新陆地上的淡水资源，从而使水成为了可再生的资源。
水与人类的生活息息相关，可对于水的特性知之甚少，研究进展依旧缓慢。为了引起同学们对水的兴趣，沈院士介绍了水的许多特殊且有趣的性质。与其它液体相比，水有高密度（较其固相），高表面张力的特点；沈院士还提到热水比冷水结冰更快的Mpemba Effect，该效应早在公元前该效应就为人所知，但具体的定量理解和微观机制仍存在不少争议和谜团，这也是有关水的研究的一个缩影：定性的现象随处可见，定量的解释举步维艰。
冰，同样也有很多奇妙性质，比如Frost of Heaves现象（土中的水结冰膨胀导致土层形貌改变）。沈院士讲述了冰面上容易滑倒的原因：冰上面存在水，具体解释有两种，一种说法是人在冰面上行走时，人会对冰产生压力，产生的压力会使脚下的冰发生稍微的融化，在脚下产生薄薄的水层，从而使冰更滑。但代入数值估算发现该解释明显不能让人信服；另一种说法则是Sintering效应，即与单纯的冰-气界面模型相比，这种模型认为冰面上存在一层水，水与冰形成的界面可以降低这个体系的自由能，从而使体系更稳定。
水是重要的“战略”资源，沈院士幽默的说道：“第一世、第二世界石油最宝贵，第三世界水最宝贵。”了解水的秘密可以让世界更加美好，也只有了解了水的秘密才能更加充分的应用水。沈院士介绍了人造叶子，这项技术可以让光分解水来产生氢气，解决当下能源紧缺的问题；水的净化处理技术，包括对污染物探测、过滤膜的设计，可以让污水变成清洁干净的饮用水。这些技术目前都存在着许多不足之处，都需要多学科合作。微观结构方面，实验探测手段的匮乏，理论理解不足导致不能完全研究透彻体相水的结构，更复杂的界面上的水的结构更是知之甚少。
最后，沈院士殷切希望同学们能够参与到这种基础性的研究中。在之后交流中，沈院士解答了有关过滤膜具体机理、冰的晶体结构和导电性以及水潜在的铁电性质等问题。同学们了解到了关于水的各种有趣的知识和广阔的应用前景，获益良多。
